電力電子技術(shù)是使用以開關(guān)方式工作的電力半導(dǎo)體器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。
電力電子技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展通常被專家學(xué)者們稱為人類社會(huì)的第二次電子革命, 對(duì)可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能環(huán)保以及工業(yè)的現(xiàn)代化進(jìn)步起到越來越大的推動(dòng)作用。該領(lǐng)域的知名專家B. K. Bose 教授認(rèn)為: “電力電子技術(shù)在當(dāng)今時(shí)代至少與計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息通信技術(shù)同等重要, 如果不是更重要的話�！�
“電力電子技術(shù)” 的課程教學(xué)無論是在本科生還是研究生層次, 在我國(guó)各高等工科院校電氣工程及其自動(dòng)化、自動(dòng)化等專業(yè)歷來受到高度的重視。然而, 由于這門課程內(nèi)容寬泛,且本質(zhì)上是多學(xué)科交叉, 對(duì)于授課教師和聽課學(xué)生一直都是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。近年來, 為了使學(xué)生能夠?qū)φn堂講授知識(shí)更好地融會(huì)貫通, 電力電子技術(shù)的課后作業(yè)有時(shí)會(huì)要求以仿真的形式完成, 甚至成為課后作業(yè)的主要完成形式; 同時(shí)為了提高本門課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率, 通常會(huì)鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)用仿真手段對(duì)所要完成的電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)。應(yīng)用仿真的形式完成課后作業(yè)和實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí), 無論是加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的直觀理解, 還是提高學(xué)生的綜合應(yīng)用創(chuàng)新能力, 都會(huì)起到極大的幫助作用。一個(gè)普遍的共識(shí)是, 在學(xué)習(xí)、分析、設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)電力電子變換電路時(shí)應(yīng)用仿真的手段, 可以帶來諸多的益處, 如: ①通過觀察電力電子變換電路電壓和電流的仿真波形, 可以對(duì)所學(xué)習(xí)的電路有更加直觀和深入的理解, 這種理解通常僅靠紙和筆的分析是做不到的; ②可以通過仿真對(duì)即將進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)有一個(gè)全面的理解、預(yù)習(xí)和準(zhǔn)備; ③可以通過仿真找到電路設(shè)計(jì)中可能存在的問題, 并確定最優(yōu)的電路拓?fù)浜涂刂茀��?shù); ④可以通過仿真觀察到所有電路的相關(guān)波形, 而有些波形在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中可能不便于觀察; ⑤通過仿真可以對(duì)實(shí)驗(yàn)室中不存在的實(shí)驗(yàn)電路或不方便學(xué)生使用的實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行分析和學(xué)習(xí)。顯然, 仿真已成為目前學(xué)習(xí)、分析、設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)電力電子變換電路的一個(gè)強(qiáng)有力的工具。
早在20 世紀(jì)50 年代, 用于電氣和電子電路設(shè)計(jì)的基于計(jì)算機(jī)分析的技術(shù)就已經(jīng)被開發(fā)出來。隨著集成電路的迅猛發(fā)展, 該類技術(shù)在20 世紀(jì)70 年代受到高度的關(guān)注并得到了廣泛的應(yīng)用。在同一時(shí)期, 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)也開始用于電氣傳動(dòng)系統(tǒng)以及晶閘管相控電路的分析與設(shè)計(jì), 從而為電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。目前已有很多種能夠?qū)﹄娏﹄娮与娐泛拖到y(tǒng)進(jìn)行仿真分析的軟件, 如PSpice、Saber、MATLAB、PSIM 等, 其中MATLAB 得到最廣泛的應(yīng)用。MATLAB 不僅是一種強(qiáng)大的通用仿真軟件, 而且其含有的電力系統(tǒng)工具箱為研究電力電子系統(tǒng)以及電力傳動(dòng)控制系統(tǒng)提供了極大的便利。本書所有的仿真程序設(shè)計(jì)都是在MATLAB 環(huán)境下完成的。
本書主要是為教材《電力電子技術(shù)》(王兆安、劉進(jìn)軍主編, 機(jī)械工業(yè)出版社出版) 的輔助學(xué)習(xí)而編寫的, 由三個(gè)部分組成: 第1 部分針對(duì)每一章的課后習(xí)題, 提供了基于MATⅣ　LAB / Simulink 的仿真電路。目的是希望學(xué)生能夠在使用筆和紙完成作業(yè)的同時(shí), 可以通過仿真波形對(duì)理論分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證, 并加深對(duì)課后作業(yè)的理解。第2 部分針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱要求開設(shè)的典型電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目, 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)電路的工作原理介紹, 并搭建基于MATLAB/ Simulink 的仿真電路, 目的是希望學(xué)生進(jìn)行電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)之前, 能夠通過仿真研究較好地完成相應(yīng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的預(yù)習(xí), 以提升實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。第3 部分針對(duì)電力電子技術(shù)應(yīng)用的綜合實(shí)踐教學(xué)需求, 將近些年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽部分電源類題目作為優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源進(jìn)行介紹, 搭建相對(duì)應(yīng)的仿真系統(tǒng), 目的是希望學(xué)生能夠通過對(duì)電力電子系統(tǒng)(包括主電路、檢測(cè)電路以及閉環(huán)控制電路) 的整體仿真研究, 加深對(duì)電力電子技術(shù)實(shí)際工程應(yīng)用的理解, 提高電力電子技術(shù)的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。
王聰教授對(duì)本書進(jìn)行了整體規(guī)劃并撰寫了前言部分。本書第1、2 章由趙鋒博士編寫,其余各章由鄒甲博士編寫并負(fù)責(zé)全書的統(tǒng)稿。本書由程紅教授主審。研究生何棒棒、劉瑨琪、孔佳儀、馬勇、邱少坡參與了本書的仿真程序編寫與排版等工作, 在此一并表示感謝。
本書可作為高等院校電氣工程及其自動(dòng)化、自動(dòng)化等專業(yè)本科生以及研究生的教學(xué)參考書或輔助教材, 也可供從事電力電子技術(shù)研究的廣大科技人員閱讀。
由于編者水平有限, 書中有欠妥之處在所難免, 敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
編著者